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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kavität für ein Formnest zur Herstellung
von Hohlkörperformlingen
mittels Spritzgießen.
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Bei
der Kunststoffverarbeitung stellt das Spritzgießen das wichtigste Verfahren
zur Herstellung von Formteilen dar. Beim Spritzgießen wird
die pulverförmige
oder granulierte Formmasse, z. B. in einer Schneckenspritzgießmaschine,
plastifiziert und dann in das geschlossene, im allgemeinen gekühlte Werkzeug,
z. B. ein Formnest, gedrückt.
Hat sich die Form bzw. der darin vorgesehene Formraum vollkommen
mit der Schmelze gefüllt,
so erstarrt diese durch Abkühlung.
Dabei kommt es im allgemeinen zu einer Volumenverringerung. Diese
wird häufig
dadurch ausgeglichen, daß nochmals
Schmelze aus dem Spritzzylinder in die Form nachgedrückt wird. Zusätzlich wird
im allgemeinen die Schwindung auch durch ein entsprechendes Aufmaß in der
Formkontur berücksichtigt.
Schließlich
wird das Werkzeug bzw. das Formnest geöffnet und das fertige Formteil (Spritzgußteil) entformt
und ausgestoßen.
Das Werkzeug kann wieder geschlossen werden und ein neuer Arbeitszyklus
kann mit dem erneuten Einspritzen beginnen.
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Mit
Hilfe des Spritzgießens
ist es möglich, Hohlkörper herzustellen,
die in einem späteren
Arbeitsschritt z. B. zu Flaschen oder Kanistern aufgeblasen werden
können.
Diese Hohlkörper
werden auch als Preforms oder Vorformlinge bezeichnet.
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Formnester
zur Herstellung von Vorformlingen, die für das spätere Aufblasen in PET-Flaschen vorgesehen
sind, bestehen üblicherweise
aus einem Kern, einer Kavität,
einem Bodeneinsatz und einer Halsbacke.
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Im
geschlossenen Zustand des Formnestes bildet sich zwischen dem Kern
einerseits und Bodeneinsatz, Kavität und Halsbacke andererseits
ein Formraum, dessen Form dem herzustellenden Formling entspricht.
Die Außenkontur
des Kerns bildet somit die Innenkontur des Hohlkörperformlings, während die
Außenkontur
des Hohlkörperformlings
von Kavität,
Bodeneinsatz und Halsbacke gebildet wird.
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Die
Kavität
weist ein im wesentlichen hohlzylindrisches Element auf. Der Boden
des Formraums wird von dem sich an die Kavität anschließenden Bodeneinsatz gebildet.
Die Halsbacke schließt
sich an der dem Bodeneinsatz abgewandten Seite an die Kavität an.
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Mit
anderen Wort wird durch Halsbacke, Kavität und Bodeneinsatz ein Hohlraum
zur Verfügung gestellt,
in den der Kern eindringt.
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In
der Regel werden alle Teile des Formnestes gekühlt. Daher weist die Kavität an der
Außenseite
des hohlzylindrischen Teils einen Kühlkanal auf. Üblicherweise
besteht der Kühlkanal
aus einer spiralförmigen
Nut, die in die Außenseite
des hohlzylindrischen Elements der Kavität eingebracht worden ist. Die
Kavität
wird im Betrieb zusammen mit den restlichen Teilen des Formnestes
in eine sogenannte Kavitätenplatte
eingesetzt. Die Kavitätenplatte
weist eine entsprechende Ausnehmung auf. Der Kühlkanal wird dann einerseits
von der spiralförmigen
Nut und andererseits von der Innenwand der entsprechenden Ausnehmung
in der Kavitätenplatte,
die die spiralförmigen
Nuten verschließt,
gebildet. Meist ist die Kavitätenplatte
für die
Aufnahme einer Vielzahl von Formnestern, z.B. 192, ausgelegt.
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Ein
solches Formnest ist beispielsweise aus der WO 2005/051632 bekannt.
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Das
Einbringen der bekannten spiralförmigen
Nuten in das Material der Kavität
führt jedoch
zu einer erheblichen Verringerung der Festigkeit bzw. Steifigkeit
des hohlzylindrischen Elementes aufgrund der Kerbwirkung. Grundsätzlich führt jede
Abweichung von einem kontinuierlichen Querschnitt zu einer Kerbspannung,
die das Festigkeitsverhalten des Bauteils in negativer Weise verändert. Aus
diesem Grunde muß das
hohlzylindrische Element relativ dickwandig ausgeführt sein,
um ein Brechen der Kavität
im Betrieb zu vermeiden. Zudem müssen
im Stand der Technik die Nuten mit ausgerundeten Nutgrund versehen
sein, um das Festigkeitsverhalten nicht zu sehr zu beeinflussen.
Grundsätzlich
ist es jedoch wünschenswert
das Kühlfluid
möglichst
nahe an den Formraum, in dem sich der herzustellende und daher rasch
abzukühlende
Formling befindet, heranzuführen.
Eine dicke Wand und/oder ein abgerundeter Nutgrund sind daher eher
von Nachteil.
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Die
bekannten spiralförmigen
Nuten sind zudem relativ aufwendig in der Herstellung. Darüber hinaus
hat sich gezeigt, daß aufgrund
des spiralförmigen
Verlaufs des Kühlkanals
ein wesentlicher Teil des durch den Kühlkanal strömenden Kühlfluids aufgrund der Zentrifugalkraft
nicht mit der Kavität
in Kontakt tritt und daher auch nicht zur Kühlung beiträgt. Darüber hinaus fällt die
abzuführende
Wärme im
wesentlichen am Nutgrund an, so daß sich innerhalb des Kühlfluids
ein Temperaturgradient ausbildet, so daß die Temperatur des Kühlfluids
von innen nach außen bzw.
vom Nutgrund zur Innenwand der Kavitätenplattenausnehmung abnimmt.
Daher strömen
die kälteren
Kühlfluidbestandteile
aufgrund ihrer größeren Dichte
vorzugsweise im Außenbereich
des spiralförmigen
Kühlkanals,
so daß gerade
der Kühlfluidstrom, der
für eine
effektive Kühlung
besonders bevorzugt ist, nur wenig zur Kühlung beiträgt.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es daher die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Kavität
bereitzustellen, die einfach herzustellen ist und die eine effektivere
Kühlung
der Kavität
ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe dadurch gelöst,
daß ein
oder mehrere Führungselemente
zur Bildung des Kühlkanals
vorgesehen sind, wobei die Führungselemente
und das hohlzylindrische Element als separate Teile ausgeführt sind.
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Es
hat sich gezeigt, daß ein
Hohlzylinder eine sehr hohe Festigkeit aufweist. Diese hohe Festigkeit
nimmt erheblich ab, wenn die Außenseite
des Hohlzylinder in irgendeiner Form bearbeitet wird. So zeigt überraschenderweise
ein Hohlzylinder mit in die Außenseite
eingefrästen
Nuten gegenüber
einem Hohlzylinder ohne Einfräsungen
eine deutlich geringere Festigkeit und zwar selbst dann, wenn der
Hohlzylinder mit eingefrästen
Nuten am Nutgrund noch eine Wandstärke hat, die mit der Wandstärke des Hohlzylinders
ohne Einfräsungen
vergleichbar ist. Mit anderen Worten kann bei gleicher Festigkeit
der Hohlzylinder ohne Einfräsungen
mit geringerer Wandstärke
ausgeführt
werden als die Wandstärke des
Nutgrundes eines Hohlzylinders mit eingefrästen Nuten. Da aber die Kühlwirkung
um so größer und um
so direkter ist je kleiner die Wandstärke, ist das Vorsehen eines
Hohlzylinders ohne Ausnehmungen oder Ausfräsungen an seiner Außenfläche von
großem
Vorteil.
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Da
aber das Kühlfluid
in irgendeiner Form über
die Außenfläche des
hohlzylindrischen Elements geführt
werden muß,
sind erfindungsgemäß Führungselemente
vorgesehen, die als separates Element ausgeführt sind.
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Prinzipiell
ist es möglich,
das Führungselement
auf der Außenseite
des hohlzylindrischen Elementes aufzulöten, anzuschweißen oder
auf andere Weise zu befestigen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei einer
Befestigung auf der Außenseite
des hohlzylindrischen Elements Spannungen auf die Kavität übertragen
werden können,
die die Festigkeit wieder reduzieren.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, daß sich
an das hohlzylindrische Element an seiner Außenseite, im wesentlichen an
seinen Enden jeweils ein über
die Außenseite
des hohlzylindrischen Elements hervorspringendes Ringelement anschließt, wobei
die Führungselemente
an den Ringelementen und vorzugsweise nicht am hohlzylindrischen
Element befestigt sind.
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Durch
diese Art der Befestigung ist sichergestellt, daß nahezu keine Spannungen über das
Führungselement
auf die Kavität übertragen
werden. Trotz sorgfältiger
Ausgestaltung kann diese Ausführungsform
jedoch dazu führen,
daß die
Führungselemente
keine fluiddichte Verbindung zu der Außenfläche des hohlzylindrischen Elements
bereitstellen. Man hat jedoch erkannt, daß diese Verbindung nicht fluiddicht
ausgeführt
werden muß.
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Die
Führungselemente
sind in einer besonders bevorzugten Ausführungsform im wesentlichen lamellenförmig und
besonders bevorzugt in axialer Richtung ausgerichtet. Durch die
axiale Ausrichtung der Führungselemente
wird beidseitig der Führungselemente
jeweils ein im wesentlichen axial verlaufender Kühlkanalabschnitt zur Verfügung gestellt.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
werden die in Umfangsrichtung angeordneten Kühlkanalabschnitte durch in
den Führungselementen
vorgesehene Durchgangsöffnungen
gebildet, wobei vorzugsweise die Durchgangsöffnungen im wesentlichen im
Bereich eines Endabschnittes des Führungselementes vorgesehen
sind. Das Kühlfluid
fließt
dann entlang der im wesentlichen axial angeordneten Kühlkanäle zwischen
zwei benachbarten Führungselementen,
tritt dann durch die Durchgangsöffnung
im Führungselement
in den benachbarten axial verlau fenden Kühlkanalabschnitt und fließt dort
entgegengesetzt entlang des axialen Kühlkanalabschnittes. Durch die
wechselweise im Endabschnitt der Führungselemente vorgesehene Durchgangsöffnung kann
so ein mäanderförmiger bzw.
zickzackförmiger
Kühlkanal
ausgebildet werden.
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Die
Führungselemente
haben in einer bevorzugten Ausführungsform
eine im wesentlichen rechteckförmige
Querschnittsfläche.
Dadurch können
die Führungselemente
recht kostengünstig
hergestellt werden. Für
manche Anwendungsfälle
kann es jedoch von Vorteil sein, daß die Führungselemente eine im wesentlichen
dreiecksförmige
Querschnittsfläche
haben.
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Da
die Kavität
einschließlich
der Führungselemente
im Betrieb in eine entsprechende Hülse oder eine Kavitätenplatte
mit entsprechender Ausnehmung eingesetzt werden, haben die Führungselemente
in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine an ihrer dem
hohlzylindrischen Element abgewandten Seite abgerundete Form. Diese
gekrümmte
Fläche
folgt vorzugsweise im wesentlichen der Mantelfläche eines Zylinders.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Kühlkanal
mehrere sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckende Kühlkanalabschnitte
und mindestens einen Verbindungsabschnitt auf, wobei der Verbindungsabschnitt zwei
der sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckende Kühlkanalabschnitte
verbindet.
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Insbesondere
die Kühlkanalabschnitte,
die in axialer Richtung verlaufen, stellen eine sehr effiziente Kühlung zur
Verfügung,
da hier keine Zentrifugalkräfte
für eine
Trennung von kälterem
und wärmerem Kühlfluid
sorgen. Zudem findet die Hauptbelastung des Formnestes in axialer
Richtung statt, so daß in axialer
Richtung verlaufende Nuten das Festigkeitsverhalten aufgrund der
Kerbwirkung weit weniger einschränken
als in Umfangsrichtung verlaufende Nuten.
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Es
ist daher möglich
und sogar aufgrund der verbesserten Benetzung sogar vorteilhaft,
die in axialer Richtung angeordneten Kühlkanäle mit eben ausgeführtem Grund
oder sogar mit nach innen gewölbtem
Grund auszuführen.
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Der
Verbindungsabschnitt erstreckt sich vorzugsweise im wesentlichen
in Umfangsrichtung.
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Es
versteht sich, daß der
verbesserte Kühleffekt
um so größer ist,
je größer der
Anteil an sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckenden
Kühlkanalabschnitten
an der gesamten Kühlkanallänge ist.
Vorzugsweise ist die aufsummierte Länge aller im wesentlichen axial
verlaufenden Kühlkanäle mindestens
doppelt so groß,
vorzugsweise mindestens fünfmal
so groß und besonders
bevorzugt mindestens zehnmal so groß wie die aufsummierte Länge aller Verbindungsabschnitte.
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Daher
ist in einer bevorzugten Ausführungsform
vorgesehen, daß mindestens
4, vorzugsweise mindestens 8 und besonders bevorzugt mindestens 12
sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckende Kühlkanalabschnitte
vorhanden sind. Diese sind dann durch sich im wesentlichen in Umfangsrichtung
erstreckenden Kühlkanalabschnitte
verbunden.
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Der
Kühlkanal
ist somit im wesentlichen mäanderförmig ausgebildet.
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Es
gibt Ausführungsformen,
bei denen die Kavität
ein Kragenteil mit einer Durchgangsöffnung aufweist, wobei das
hohlzylindrische Element zum Teil in der Durchgangsöffnung angeordnet
ist, so daß die
Durchgangsöffnung
zum Teil von dem hohlzylindrischen Element ausgefüllt wird.
Der nicht von dem hohlzylindrischen Element ausgefüllte Teil
der Durchgangsöffnung
dient dann der Aufnahme eines Außenkonus der Halsbacke.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
der Kühlkanalabschnitte
erlaubt es in einer besonders bevorzugten Ausführungsform, daß sich zumindest
ein Teil der sich in axialer Richtung erstreckenden Kühlkanalabschnitte
zumindest teilweise bis in das Kragenteil hineinerstreckt. Im Gegensatz
zum Stand der Technik kann somit das Kragenteil selbst direkt mit
Kühlfluid
gekühlt
werden. Bei den bekannten Kavitäten
erfolgte die Kühlung
des Kragenteils lediglich durch Wärmeleitung innerhalb der Kavität, was zu
einer deutlich verminderten Kühlleistung
führte.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein
Teil der sich im wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckenden Kühlkanalabschnitte
an einer Stirnseite des hohlzylindrischen Teils angeordnet, wobei
vorzugsweise ein Verschlußelement
vorgesehen ist, welches die an der Stirnseite des hohlzylindrischen
Elementes angeordneten, im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden
Kühlkanalabschnitte
stirnseitig verschließt.
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So
ist es beispielsweise möglich,
die im wesentlichen in axialer Richtung verlaufenden Kühlkanalabschnitte
zum Teil als Axialbohrungen auszuführen, die sich beispielsweise
bis in das Kragenteil hineinerstrecken. Am stirnseitigen Ende des
hohlzylindrischen Elementes werden dann Ausnehmungen in das hohlzylindrische
Element eingebracht, die jeweils zwei benachbarte, im wesentlichen
in axialer Richtung verlaufende Kühlkanäle verbinden. Anschließend wird
die Stirnseite des hohlzylindrischen Elementes mit dem Verschlußelement
abgedeckt. Das Verschlußelement
kann beispielsweise an das hohlzylindrische Element angelötet sein.
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Die
Ausnehmungen, die jeweils zwei benachbarte, im wesentlichen in axialer
Richtung verlaufende Kühlkanalabschnitte
verbinden, bilden hier die Verbindungsabschnitte, die im wesentlichen
in Umfangsrichtung angeordnet sind.
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Grundsätzlich kann
das Verschlußelement jede
beliebige Form haben und zudem mehrteilig ausgeführt sein. In einer besonders
bevorzugten Ausführungsform
ist das Verschlußelement
im wesentlichen ringförmig
ausgebildet und weist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform
an der den Kühlkanalabschnitten
abgewandten Seite einen Innenkonus auf. Dies ist insbesondere bei
der Verwendung einer Kavität
mit Kragenteil von Vorteil, da dadurch das Kragenteil einfacher
hergestellt werden kann. Grundsätzlich
muß die
Durchgangsöffnung
im Kragenteil, die nicht von dem hohlzylindrischen Element ausgefüllt wird,
ein Abschnitt mit Innenkonus aufweisen, damit dieser mit einem entsprechenden Außenkonusabschnitt
der Halsbacke zusammenwirken kann. Durch die konische Ausführung des
Verschlußelements
kann die Durchgangsöffnung
im Kragenteil als Durchgangsbohrung ausgebildet sein, wobei der
Innenkonus dann durch das Verschlußelement gebildet wird.
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Gemäß einer
weiteren alternativen Ausführungsform
ist vorgesehen, daß als
Führungselemente
zwei Kammelemente mit Zinken vorgesehen sind, die derart angeordnet
sind, daß die
Zinken der beiden Kammelemente jeweils in die Zinkenzwischenräume des
anderen Kammelementes eingreifen.
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Durch
diese verzahnte Struktur wird auf einfache Weise ein zickzackförmiger Kühlkanal
zur Verfügung
gestellt.
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Die
Kammelemente bestehen beispielsweise jeweils aus einem Ringelement
und mindestens einem, vorzugsweise mehreren sich von dem Ringelement
in Richtung der Ringachse erstreckenden Zinkenelementen. Diese Kammelemente
können
auf die Außenseite
des hohlzylindrischen Elements aufgeschoben werden.
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Alternativ
dazu kann das Führungselement als
Spiralelement ausgebildet sein. Das Spiralelement kann beispielsweise
eine Hülse
mit einer spiralförmigen
Ausnehmung sein, die über
die Außenseite des
hohlzylindrischen Elements geschoben wird.
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Ein
solches Spiralelement hat darüber
hinaus den Vorteil, daß es
eine gewisse Flexibilität
besitzt, so daß das
Spiralelement mit größerer Toleranz und
damit kostengünstiger
hergestellt werden kann, da es gewisse Toleranzen durch seine Flexibilität ausgleichen
kann.
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Darüber hinaus
ist es sehr einfach zu montieren. Zunächst kann das Spiralelement
an seinen Enden in Umfangsrichtung relativ zueinander verdreht werden,
so daß sich
der Durchmesser des Spiralelementes vergrößert. In diesem Zustand kann
das Spiralelement einfach auf das hohlzylindrische Element aufgeschoben
werden. Läßt man dann
die Enden des Spiralelements los, so wird dieses sich aufgrund der
elastischen Vorspannung an die Außenwand des hohlzylindrischen
Element anlegen. Ein zusätzliches Verschrauben
oder Verlöten
ist in der Regel nicht notwendig.
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In
einer weiteren alternativen Ausführungsform
ist das Führungselement
als Hülse
ausgebildet, in deren Innenwand eine spiralförmige Nut eingebracht ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ebenso ein Formnest mit der beschriebenen
Kavität
sowie ein Werkzeug mit einem solchen Formnest.
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Dabei
wird in dem Werkzeug in einer besonders bevorzugten Ausführungsform
eine Kühlfluidzufuhr
und eine Kühlfluidabfuhr
derart angeordnet, daß sich
durch die Kühlkanalstruktur
der Kavität
zwei parallele Kühlkreisläufe bilden.
Mit anderen Worten teilt sich der von einer Seite zur Kavität zugeführte Kühlfluidstrom
und umfließt
in zwei getrennten Fluidströmen
die Kavität
jeweils mit einem Umfangswinkel von etwa 180°. Auf der der Kühlfluidzufuhr
in etwa gegebenüberliegenden
Seite der Kavität
ist dann die Kühlfluidabfuhr
angeordnet, wo sich die beiden Kühlfluidströme wieder
vereinigen.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist in einer Ausnehmung
in der Kavitätenplatte
des Werkzeuges ein Kühlfluidverteiler angeordnet,
welcher zumindest zwei im wesentlichen axial verlaufende Kühlabschnitte
des hohlzylindrischen Elementes über
einen innerhalb des Kühlfluidverteilers
angeordneten Verbindungskanal miteinander verbindet, so daß der Verbindungskanal
einen im wesentlichen in Umfangsrichtung angeordneten Kühlkanalabschnitt
bildet.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten werden deutlich
anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
sowie der dazugehörigen
Figuren. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Kavität,
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1a–1c mehrer
Detailansichten des Führungselementes
der ersten Ausführungsform.
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2 eine
Schnittansicht der in 1 gezeigten Ausführungsform
im in das Werkzeug eingesetzten Zustand,
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3 eine
Schnittansicht entlang der Linie A-A in 2,
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4 eine
Schnittansicht der Kavität
von 1,
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5 eine
schematische Darstellung des Fluidverlaufs in der Kavität,
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6 eine
Seitenansicht und eine Ansicht von unten auf eine zweite Ausführungsform
der Erfindung,
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7 die
Seitenansicht von 6 mit schematisch eingezeichnetem
Fluidverlauf,
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8 eine
Schnittansicht der in den 6 und 7 gezeigten
zweiten Ausführungsform
im in das Werkzeug eingesetzten Zustand,
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9 eine
dritte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kavität,
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10 einen
Ausschnitt von 9 mit schematisch dargestelltem
Fluidverlauf,
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11 eine
Seitenansicht auf ein Umlenkelement,
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12 eine
Schnittansicht entlang der Linie A-A von 11,
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13 eine
Schnittansicht entlang der Linie B-B von 11,
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14 eine Schnittansicht der dritten Ausführungsform
im in das Werkzeug eingesetzten Zustand, wobei das Umlenkelement
modifiziert wurde,
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15 eine
Draufsicht auf das modifizierte Umlenkelement mit eingezeichnetem
Fluidverlauf,
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16 eine
Schnittansicht entlang der Linie A-A von 15,
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17 eine
Schnittansicht entlang der Linie B-B von 15,
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18 eine
Schnittansicht entlang der Linie C-C von 15,
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19 eine
Schnittansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kavität,
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20 eine
Schnittansicht einer Kavitätserweiterung,
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21 eine
Schnittansicht der vierten Ausführungsform
der 19 und 20 im
in das Werkzeug eingesetzten Zustand,
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22 eine
schematische Teilschnittansicht einer fünften Ausführungsform,
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23 eine
Längsschnittansicht
einer sechsten Ausführungsform
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24 eine
Querschnittsansicht der sechsten Ausführungsform von 23 und
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25 eine
Schnittansicht einer fünften Ausführungsform
sowie schematische Darstellungen des Strömungsverlaufs.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kavität 1.
Die Kavität 1 weist
einen hohlzylindrischen Abschnitt 2 und ein Kragenelement 5 auf.
Wie insbesondere in der Schnittansicht von 2 zu erkennen ist,
weist das Kragenelement 5 eine Durchgangsöffnung auf,
in die das hohlzylindrische Element 2 teilweise eindringt.
An der Außenseite
des hohlzylindrischen Elements ist ein Kühlkanal 3, 4 zu
erkennen. Der Kühlkanal 3, 4 besteht
aus im wesentlichen in axialer Richtung verlaufenden Kühlkanalabschnitten 3 sowie
aus im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Verbindungsabschnitten 4.
Das Kragenelement 5 weist auf der dem hohlzylinderförmigen Element 2 abgewandten
Seite eine Ausnehmung 6 auf, die zur Aufnahme einer Halsbacke
dient.
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Der
Kühlkanal
wird hier durch zwei Kammelemente 26 gebildet. Ein solches
Kammelement ist in 1b und 1c deutlicher
zu erkennen. Das Kammelement besteht aus einem ringförmigen Abschnitt
und mehreren (im gezeigten Beispiel sechs) Zinken, die sich in axialer
Richtung von dem Ringabschnitt ausgehend erstrecken. Zwei solcher
Kammelemente 26 sind wie in 1a gezeigt
angeordnet. Die Zinken eines Kammelementes 26 greifen jeweils in
die Zinkenzwischenräume
des anderen Kammelementes 26 ein, so daß die Zinken eine verzahnte,
im wesentlichen mäanderförmige Struktur
bilden. In 1a ist der vorgesehen Fluidstrom
durch Pfeile schematisch dargestellt.
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2 zeigt
eine Schnittansicht der in 1 gezeigten
Ausführungsform
der Kavität
bei in das Werkzeug eingesetzten Zustand.
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Das
Werkzeug beinhaltet hier eine Kavitätenplatte 14, die
meist eine ganze Reihe von Ausnehmungen, z. B. 48 oder 96, aufweist,
in die jeweils eine erfindungsgemäße Kavität 1 eingesetzt wird.
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Im
Werkzeug schließt
sich an den hohlzylindrischen Abschnitt 2 der Bodeneinsatz 9, 10 an,
der hier zweiteilig ausgeführt
ist. Dadurch, daß der
Kühlkanal
in der Außenwand
des hohlzylindrischen Elements in die Kavitätenplatte 14 eingesetzt
wird, wird der Kühlkanal
einerseits durch die eingefrästen
Kühlnuten
und andererseits durch die Innenwand der Ausnehmungen in der Kavitätenplatte 14 gebildet.
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Die
Kavitätenplatte 14 hat
einen Fluidzulauf 11 und einen Kühlfluidablauf 12.
Deutlich zu erkennen ist, daß sich
die axial orientierten Kühlkanalabschnitte 3 bis
in den Kragenabschnitt 5 erstrecken. Vorgesehen ist, daß das Kühlfluid
mäanderförmig bzw.
zickzackförmig
die Kavität 1 umströmt. Um an der
Stirnseite der Kavität 1 zueinander
benachbarte axial verlaufende Kühlkanalabschnitte 3 miteinander zu
verbinden, sind Ausnehmungen 7 in das Material eingebracht.
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Zum
Verschließen
des Kühlkanals
ist ein Verschließelement 13 vorgesehen,
das stirnseitig auf dem hohlzylinderförmigen Element aufsitzt. Das
Verschließelement 13 ist
im wesentlichen ringförmig
und hat einen Innenkonus, der zur Aufnahme eines entsprechenden
Außenkonus
einer Halsbacke vorgesehen ist.
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Deutlich
zu erkennen ist in 2, daß das hohlzylindrische Element 2 der
Kavität 1 zusammen mit
dem Bodeneinsatz 9, 10 einen Formraum 8 bildet, in
dem der herzustellende Formling gebildet wird.
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Zur
Verdeutlichung der Verbindungskanäle 7 ist in 3 eine
Schnittansicht entlang der Linie A-A von 2 gezeigt.
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In 4 ist
ein Längsschnitt
durch die Kavität 1 dargestellt.
Die Kavität 1 besteht
aus einem Abschnitt 15, der dafür vorgesehen ist, in die Kavitätenplatte 14 eingesetzt
zu werden, und einem Abschnitt 16, der außerhalb
der Kavitätenplatte 14 verbleibt. Das
Kragenelement 5 sitzt dabei auf der Oberfläche der
Kavitätenplatte 14 auf.
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In 5 ist
schematisch der Fluidverlauf entlang der Außenseite der Kavität 1 dargestellt. Über den
Fluidzulauf 11 wird Kühlfluid
zugeführt,
das sich in zwei parallel geschaltete Kühlfluidpfade trennt. Das Kühlfluid
folgt nun der mäanderförmigen Anordnung
des Kühlkanals
und durchfließt
abwechselnd in Axialrichtung ausgerichtete Kühlkanalabschnitte 3 und
in Umfangsrichtung ausgerichtete Kühlkanalabschnitte 4, 7.
Die beiden Kühlfluidpfade
vereinigen sich am Kühfluidablaß 12 wieder.
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Es
ist deutlich zu erkennen, daß der
Anteil der im wesentlichen axial ausgerichteten Kühlkanalabschnitte 3 in
der Summe wesentlich länger
ist als die Kühlkanalabschnitte 4, 7,
die im wesentlichen in Umfangsrichtung ausgerichtet sind. Erfindungsgemäß ist ein
Strömungsverlauf
parallel zur Achse des hohlzylindrischen Elements 2 von
Vorteil.
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In 6 ist
eine Seitenansicht und eine Ansicht von unten auf eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Kavität gezeigt.
Hier sind die Kühlkanalabschnitte
nicht in die Außenwand
des hohlzylindrischen Elements 2 eingebracht, sondern werden
durch Führungselemente 17, 17', 17'' gebildet, die an der Außenwand
des hohlzylindrischen Elements 2 anschlie ßen. Die
Führungselemente
können,
wie dies beispielhaft anhand des Führungselements 17' gezeigt ist,
eine Durchgangsöffnung 18 aufweisen,
die eine Verbindung zu benachbarten axial verlaufenden Kühlkanalabschnitten
bereitstellt. Die Führungselemente 17, 17', 17'' können lamellenförmig mit
rechteckigem Querschnitt oder wie beispielhaft anhand des Führungselements 17'' dargestellt ist, im wesentlichen
dreiecksförmig
sein.
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In 7 ist
noch einmal die zweite Ausführungsform
der Kavität 1' gezeigt, wobei
hier zusätzlich
schematisch das Muster des Kühlfluidflusses
eingezeichnet wurde. Das Kühlfluid
trifft an der mit dem gestrichelten Kreis markierten Stelle auf
das hohlzylindrische Element 2. Aufgrund der Führungselemente 17 wird
der Kühlfluidfluß aufgeteilt
und fließt
sowohl nach links als auch nach rechts entlang des axial verlaufenden
Kühlkanalabschnittes.
Am Ende dieses axial verlaufenden Kühlkanalabschnittes tritt das Kühlfluid
durch eine entsprechende Durchgangsöffnung in den benachbarten
axial verlaufenden Kühlkanalabschnitt über und
strömt
dort entgegengesetzt wieder in axialer Richtung. Im Ergebnis erhält man eine
Zickzackstruktur oder Mäanderstruktur
des Kühlfluidflusses.
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Deutlich
zu erkennen ist, daß das
hohlzylindrische Element 2 beidseitig an seinen Endabschnitten
hervorspringende Ringelemente 21, 22 aufweist. Die
Führungselemente 17 sind
z.B. mit Hilfe von Schweißpunkten 19 lediglich
an diesen Ringelementen 21 und 22 befestigt, so
daß von
den Führungselementen 17 keine
Kraft oder Verspannung auf das hohlzylindrische Element 2 ausgeübt wird.
Diese Kräftefreiheit
ermöglicht
es, daß die
Wanddicke des hohlzylindrischen Elementes 2 sehr gering
ausgeführt
werden kann, ohne daß die
Stabilität
der Kavität eingeschränkt wird.
Dadurch kann das Kühlfluid
näher an
den Formraum 8 herangeführt
werden und somit kann die Kühlung
effizienter erfolgen, was zu einer Verkürzung der Zykluszeit, d.h.
der Zeit, während der
der Vorformling sich im Formraum 8 befinden muß, führt.
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In 8 ist
eine Schnittansicht der zweiten Ausführungsform in eingesetztem
Zustand dargestellt. Hier ist der Bodeneinsatz einteilig ausgeführt und
mit der Bezugszahl 23 versehen. Man erkennt, daß die Führungselemente 17 lediglich
an dem Abschnitt des hohlzylindrischen Elements 2 angeordnet sind,
der außerhalb
des Kragenelements 5 liegt. Das Kragenelement 5 oder
das Ringelement 21 ist wie bereits im Zusammenhang mit
der ersten Ausführungsform
beschrieben, ausgeführt.
D.h., die Verbindung zwischen benachbarten axial ausgerichteten Kühlkanalabschnitten
erfolgt durch eine in Umfangsrichtung ausgebildete Ausnehmung, die
mittels des Verschließelementes 13 abgedeckt
ist.
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In 9 ist
eine dritte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Kavität dargestellt.
Hier werden die Führungselemente
durch das Umlenkelement 24 gebildet, das in die Kavitätenplatte
zwischen Bodeneinsatz 9, 10 einerseits und Kavität 1'' andererseits eingepreßt wurde.
Dieses Umlenkelement 24 ist in 10 noch
einmal gesondert im eingebauten Zustand dargestellt, wobei hier
mit Hilfe von Pfeilen die Richtung des Fluidstroms dargestellt wird.
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In
den 11 bis 13 ist
das Umlenkelement 24 zur Verdeutlichung noch einmal in
Seitenansicht und in zwei Schnittansichten dargestellt.
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Dabei
ist der Kühlfluidfluß durch
Pfeile bzw. Kreissymbole dargestellt.
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In 12 soll
das Symbol, bestehend aus einem Kreis, in dem ein „X" eingeschlossen ist,
eine Strömungsrichtung
in die Zeichnungsebene hinein darstellen, während das Symbol, das aus einem Kreis
besteht, der in einem Kreis angeordnet ist, eine Strömungsrichtung
aus der Zeichnungsebene heraus andeuten soll.
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In 14 ist eine Schnittansicht dieser Ausführungsform
im in das Werkzeug eingesetzten Zustand dargestellt. Hierbei wurde
jedoch ein etwas längeres
Umlenkelement 24' verwendet,
das in den 15 bis 18 noch
einmal in Seiten- und Schnittansichten dargestellt ist.
-
Schließlich ist
in den 19 bis 21 eine vierte
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kavität 1''' dargestellt.
Die Kavität 1''' besteht
wieder aus einem hohlzylindrischen Element 2, an das sich ein
Kragenelement 5 anschließt. An der Außenseite des
hohlzylindrischen Elements 2 innerhalb des Kragenelements 5 sind
entsprechende in Längsrichtung bzw.
Axialrichtung verlaufende Bohrungen eingebracht, die zum Teil die
in Axialrichtung verlaufende Kühlkanalabschnitte
bilden. Jeweils benachbarte axial verlaufende Kühlkanalabschnitte sind mit
Hilfe der Ausnehmungen 7 verbunden. An der dem Werkzeug bzw.
der Kavitätenplatte
abgewandten Seite der Kavität
entspricht diese Ausführungsform
der in den 1 bis 3 gezeigten
Ausführungsform.
Im Unterschied zu der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform
sind hier an der Außenseite
des hohlzylindrischen Elements 2 keine Kühlnuten
eingebracht. Des weiteren werden hier keine Führungselemente aufgeschweißt. Statt
dessen ist eine Kavitätenerweiterung 25 vorgesehen,
die in Form einer Hülse
auf die Außenfläche des
hohlzylindrischen Elementes 2 aufgesteckt wird. Die Kavitätenerweiterung 25 weist
an ihrer Innenseite entsprechende Führungselemente 17 auf.
Diese Führungselemente 17 sorgen
für den
erfindungsgemäßen mäanderförmigen Kühlfluidfluß, der im
wesentlichen in axialer Richtung erfolgt. In 21 ist
die Kavität 1''' im
in das Werkzeug eingesetzten Zustand gezeigt. Diese Ausführungsform
hat darüber
hinaus den Vorteil, daß die Kühlfluidzufuhr 11 bzw.
Kühlfluidzufuhr 12 sowohl
für die
Kühlfluidzufuhr
für die
Kavität 1''' als
auch für
die Kühlfluidzufuhr
für den
Bodeneinsatz 9, 10 vorgesehen ist.
-
Da
es möglicherweise
gewünscht
ist, den herzustellenden Formling zu verändern, z. B: eine etwas andere
Länge auszuwählen, muß dann lediglich die
Kavität 1''' einschließlich der
Kavitätenerweiterung 25 durch
entsprechend modifizierte Teile ersetzt werden. Die Kavitätenplatte
sowie der Bodeneinsatz kann beibehalten werden. Mit anderen Worten
kann die Kavitätenplatte
für eine
Vielzahl von unterschiedlichen Werkzeugen verwendet werden. Üblicherweise
bieten die Hersteller solcher Spritzgießsysteme diese für eine Vielzahl
von unterschiedlichen Vorformlinggeometrien an.
-
Verlangt
der Kunde nach einem Spritzgießsystem
zur Herstellung von Vorformlingen einer anderen Länge, so
ist bei den Systemen des Standes der Technik die Anpassung der Kavitätenplatte
notwendig. Die Kavitätenplatte
kann daher erst hergestellt werden, wenn die exakte Länge des
Vorformlings bekannt ist. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Kavitätenerweiterung
wird die Dicke der Kavitätenplatte
von der Länge
des herzustellenden Vorformlings unabhängig, so daß die Kavitätenplatte bereits als Standardteil
hergestellt werden kann, bevor überhaupt
bekannt ist, wie der herzustellende Vorformling aussieht. In Abhängigkeit
von der Länge
des herzustellenden Vorformlings müssen dann lediglich die entsprechenden
Kavitätenerweiterungen
hergestellt werden.
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In 22 ist
eine weitere Ausführungsform einer
Kavität
zu sehen. Hier wird das Führungselement
durch ein Spiralelement 27 gebildet, welches auf das hohlzylindrische
Element 2 aufgeschoben ist. Das Spiralelement besteht hier
aus einer Hülse,
in die eine durchgehende, spiralförmige Ausnehmung eingebracht
worden ist. Man erkennt sofort, daß das Spiralelement eine gewisse
Flexibilität
mit sich bringt. Bei der Anpassung des Spiralelementes 27 auf
das hohlzylindrische Element 2 kann ein Ende des Spiralelementes
in Umfangsrichtung gedreht und/oder in Axialrichtung auf dem hohlzylindrischen
Element 2 verschoben werden, wie in 22 durch
die Pfeile angedeutet wird. Es wird deutlich, daß durch eine Drehung der beiden
Enden des Spiralelementes in Umfangsrichtung, der Durchmesser des
Spiralelementes entweder größer oder
kleiner wird. Für
die Montage werden daher die Enden des Spiralelementes zunächst in
Umfangsrichtung relativ zueinander verdreht, um den Durchmesser
zu vergrößern. Das Spiralelement 27 kann
dann auf das hohlzylindrische Element geschoben werden. Beim Loslassen
des Spiralelementes 27 wird sich das Spiralelement von selbst
an die Oberfläche
des hohlzylindrischen Elements anlegen. Durch das erfindungsgemäße Spiralelement
wird somit eine Art Selbstklemmung erzielt, so daß meist
keine zusätzliche
Befestigung notwendig ist.
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Weiterhin
ist in 23 und 24 eine sechste
Ausführungsform
einer Kavität
gezeigt. Hier wird das Führungselement
durch eine Hülse 28 gebildet,
in die eine spiralförmige
Nut 29 eingebracht worden ist. 23 zeigt
eine Längsschnittansicht
und 24 eine Querschnittsansicht.
-
In 25 ist
eine Schnittansicht einer fünften Ausführungsform
dargestellt. Diese Ausführungsform
entspricht im wesentlichen der Ausführungsform von 8,
wobei hier die Verbindungskanäle nicht
durch eine im Umfangsrichtung ausgebildete Ausnehmung, welche mit
einem Verschließelement abgedeckt
ist, verwirklicht, sondern durch zwei gegenüber der Axialrichtung geneigte
Sackbohrungen, wobei sich zwei Sackbohrungen treffen und somit einen
V-förmigen
Verbindungskanal verwirklichen.
-
Es
ergibt sich daher der in der Figur links dargestellte Verlauf der
Kühlfluidströmung.
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Durch
die erfindungsgemäße Maßnahme wird
eine effiziente Kühlung
der Kavität
erreicht.
-
- 1
- Kavität
- 2
- hohlzylindrischer
Abschnitt
- 3
- in
axialer Richtung verlaufende Kühlkanalabschnitte
- 4
- im
Umfangsrichtung verlaufende Kühlkanalabschnitte
- 5
- Kragenelement
- 6
- Ausnehmung
im Kragenelement
- 7
- Ausnehmungen
- 8
- Formraum
- 9,
10
- Bodeneinsatz
- 11
- Fluidzulauf
- 12
- Kühlfluidablauf
- 13
- Verschließelement
- 14
- Kavitätenplatte
- 15
- Abschnitt
innerhalb der Kavitätenplatte
- 16
- Abschnitt
außerhalb
der Kavitätenplatte
- 17,17',17''
- Führungselemente
- 18
- Durchgangsöffnung
- 19
- Schweißpunkte
- 20
- Fluidflußmuster
- 21,
22
- Ringelemente
- 23
- Bodeneinsatz
- 24
- Umlenkelement
- 25
- Kavitätenerweiterung
- 26
- Kammelement
- 27
- Spiralelement
- 28
- Hülse
- 29
- Nuten